【技术】一文详解不同类型的晶体管及其功能和应用

时间： 2021-08-27 来源：合科泰半导体

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晶体管是一个有源元件，并且在所有电子电路中都在建立。它们用作放大器和开关设备。作为放大器，它们用于高和低电平，频率级，振荡器，调制器，检测器，以及需要执行功能的任何电路。在数字电路中，它们用作开关。大约在世界范围内，有大量的制造商生产半导体（晶体管是该设备家族的成员），因此确切地有成千上万的不同类型。有低，中和高功率晶体管，用于以高和低频运行，以非常高的电流和/或高电压运行。合科泰半导体在本文概述了什么是晶体管，不同类型的晶体管及其应用。

不同类型的晶体管

晶体管是一种电子设备。它是通过p型和n型半导体制成的。当将半导体置于相同类型的半导体之间的中央时，该布置称为晶体管。可以说一个晶体管是两个二极管的组合，它背对背连接。晶体管是一种调节电流或电压流动的设备，并充当电子信号的按钮或门。晶体管由半导体器件的三层组成，每层都可以移动电流。半导体是锗和硅这样的材料，它以“半热情”的方式导电。它位于真正的导体（如铜）和绝缘体（类似于用塑料包裹的粗电线）之间的任何位置。

晶体管符号

公开了npn和PNP晶体管的图解形式。在电路中使用的是连接图形式。箭头符号定义了发射极电流。在npn连接中，我们确定电子流入发射极。这意味着保守的电流如射出箭头所示从发射极流出。同样可以看出，对于pnp连接，如图中向内箭头所示，保守电流流入发射极。

晶体管的类型太多，每种晶体管的特性各不相同，各有优缺点。某些类型的晶体管主要用于开关应用。其他可以用于切换和放大。还有其他一些晶体管属于它们自己的专用组，例如光电晶体管，它们对照在其上的光量产生反应以产生流经它的电流。以下是不同类型的晶体管的列表；我们将逐一介绍创建它们的特征：

双极结型晶体管（BJT）

双极结型晶体管是由基极，集电极和发射极三个区域组成的晶体管。双极结型晶体管，不同的FET晶体管是电流控制的器件。进入晶体管基极区的电流很小，导致从发射极到集电极区的电流大得多。双极结型晶体管有两种主要类型，即NPN和PNP。NPN晶体管是其中大多数载流子是电子的晶体管。从发射极流向集电极的电子构成了流经晶体管的大部分电流的基极。电荷的其他类型（空穴）是少数。PNP晶体管则相反。在PNP晶体管中，多数载流子是空穴。

图 1 双极结型晶体管引脚

场效应晶体管

场效应晶体管由3个区域组成：栅极，源极和漏极。不同的双极型晶体管FET是电压控制设备。置于栅极的电压控制电流从晶体管的源极流向漏极。场效应晶体管具有非常高的输入阻抗，从几兆欧姆（MΩ）的电阻到更大得多的值。高输入阻抗使它们流过的电流很小。（根据欧姆定律，电流受电路阻抗值的反作用。如果阻抗高，则电流非常低。）因此，FET都从电路电源汲取很少的电流。

图 2场效应晶体管

因此，这是理想的，因为它们不会干扰与其连接的原始电路功率元件。它们不会导致电源负载下降。FET的缺点是它们无法提供与双极晶体管相同的放大率。双极晶体管在提供更大的放大倍数方面具有优势，尽管FET更好，因为它们产生的负载更少，更便宜且更易于制造。场效应晶体管有两种主要类型：JFET和MOSFET。JFET和MOSFET非常相似，但MOSFET的输入阻抗值甚至比JFET高。这导致电路中的负载更少。

异质结双极晶体管（HBT）

AlgaAs / GaAs异质结双极晶体管（HBT）用于频率高达Ku频段的数字和模拟微波应用。HBT可提供比硅双极晶体管更快的开关速度，这主要是因为降低了基极电阻和集电极到基板的电容。与GaAs FET相比，HBT处理对光刻的要求不高，因此HBT的制造成本很低，并且可以提供更好的光刻良率。

与GaAs FET相比，该技术还可以提供更高的击穿电压和更容易的宽带阻抗匹配。在Si双极结晶体管（BJT）的评估中，HBT在发射极注入效率，基极电阻，基极-发射极电容和截止频率方面表现出更好的表现。它们还具有良好的线性度，低相位噪声和高功率附加效率。HBT用于赢利和高可靠性应用中，例如移动电话中的功率放大器和激光驱动器。

达林顿晶体管

有时被称为“达灵顿对”的达林顿晶体管是由两个晶体管制成的晶体管电路。悉尼·达林顿（Sidney Darlington）发明了它。它就像一个晶体管，但是具有更高的电流获取能力。该电路可以由两个分立的晶体管制成，也可以位于集成电路内部。达林顿晶体管的hfe参数是每个晶体管hfe相互相乘。该电路对音频放大器或测量流过水的很小电流的探头很有用。它是如此的敏感以至于可以吸收皮肤中的电流。如果将其连接到一块金属上，则可以构建一个触敏按钮。

图 3达林顿晶体管

肖特基晶体管

肖特基晶体管是晶体管和肖特基二极管的组合，可通过转移极端输入电流来防止晶体管饱和。它也被称为肖特基钳位晶体管。

图 4 肖特基晶体管

多发射极晶体管

多发射极晶体管是专门用作双极晶体管的晶体管，经常用作晶体管晶体管逻辑（TTL）NAND 逻辑门的输入。输入信号被施加到发射器。如果所有发射极均由逻辑高电压驱动，则集电极电流会简单地停止流动，从而使用单个晶体管执行NAND逻辑过程。多发射极晶体管替代了DTL的二极管，并同意减少开关时间和功耗。

图 5 多发射极晶体管

双栅极MOSFET

双栅极MOSFET是在几种RF应用中特别流行的一种形式的MOSFET。双栅极MOSFET用于许多RF和其他需要串联两个控制栅极的应用中。从根本上说，双栅极MOSFET是MOSFET的一种形式，其中两个栅极沿着通道的长度依次组成。

图 6 双门Mosfet

这样，两个栅极都会影响在源极和漏极之间流动的电流水平。实际上，可以将双栅极MOSFET的操作视为与串联的两个MOSFET器件相同。两个栅极都影响一般的MOSFET操作，因此也会影响输出。双栅极MOSFET可用于许多应用，包括RF混频器/乘法器，RF放大器，具有增益控制的放大器等。

结型FET晶体管

该结型场效应晶体管（JUGFET或JFET）没有PN结，但在其位置上具有高电阻率的半导体材料的形成了“通道”的窄部分是N-型或P-型硅为多数载流子通过流的在两端分别具有两个欧姆电连接，通常分别称为漏极和源极。结型场效应晶体管有两种基本配置，即N沟道JFET和P沟道JFET。N沟道JFET的沟道掺杂有施主杂质，这意味着通过沟道的电流以电子形式为负（因此称为N沟道）。

图 7 结FET晶体管

雪崩晶体管

雪崩晶体管是一种双极结型晶体管，设计用于在其集电极-电流/集电极-发射极之间的电压特性超出集电极-发射极击穿电压的区域（称为雪崩击穿区域）进行处理。该区域的特征是雪崩击穿，类似于气体的汤森德放电和负差分电阻。在雪崩击穿区域中的操作称为雪崩模式操作：它使雪崩晶体管能够以不到十亿分之一秒的上升和下降时间（转换时间）切换非常高的电流。

非专门为此目的设计的晶体管可以具有合理一致的雪崩特性；例如，吉姆·威廉姆斯（Jim Williams）写道，使用90V电源，在12年的时间内制造的15V高速开关2N2369的样本中，有82％能够使用350 ps或更短的上升时间产生雪崩击穿脉冲。

扩散晶体管

扩散晶体管是通过将掺杂剂扩散到半导体衬底中而形成的双极结型晶体管（BJT）。扩散工艺比合金结和生长结工艺更晚实施，以制造BJT。贝尔实验室于1954年开发了第一批原型扩散晶体管。最初的扩散晶体管是扩散基极晶体管。这些晶体管仍具有合金发射极，有时还具有合金集电极，例如较早的合金结晶体管。仅基底扩散到基底中。有时衬底会产生集电极，但是在像Philco的微合金扩散晶体管这样的晶体管中，衬底是基极的大部分。

晶体管应用

功率半导体的适当应用需要了解它们的最大额定值和电气特性，以及在器件数据手册中提供的信息。好的设计规范采用的是数据表限制，而不是从小批量样品中获得的信息。等级是设置设备功能限制的最大值或最小值。超出额定值的动作可能导致不可逆的降级或设备故障。最高额定值表示设备的极限功能。它们不用作设计环境。

特性是通过最小，特性和/或最大值表示或以图形方式显示的在单个操作条件下设备性能的度量。

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2SC1162	NPN晶体管	TO-126	NPN	35	35	5	2500	60	320	750

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产品型号	品类	封装形式	沟道类型	集电极基极电压VCBO(V)	集电极-发射极电压VCEO(V)	发射极-基极电压VEBO(V)	集电极电流Ic(mA)	放大倍数（最小）HFE（MIN）	放大倍数（最大）HFE（MAX）	耗散功率PD(mW)
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